城際長途慢行交通驛站間距設(shè)置研究

李 磊，楊雍彬

（交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029）

0 引言

隨著交通運(yùn)輸與旅游融合的深入發(fā)展，國內(nèi)出現(xiàn)了大量跨區(qū)域長途旅游公路、綠道等具備休閑慢行交通功能的項(xiàng)目，規(guī)模往往長達(dá)100km以上。在這種背景下，城際長途慢行交通的旅游體驗(yàn)價(jià)值進(jìn)一步凸顯，成為“快進(jìn)慢游”旅游交通體系中的核心要素。由于出行距離較長，作為慢行系統(tǒng)的主要服務(wù)設(shè)施，其分布情況是體現(xiàn)慢行交通系統(tǒng)服務(wù)水平的重要因素[1]，科學(xué)合理的慢行交通驛站設(shè)置間距成為提高慢行交通服務(wù)水平與改善游客出行體驗(yàn)和控制建設(shè)成本的重要基礎(chǔ)性指標(biāo)。同時(shí)，基于慢行人群出行需求和特征，將服務(wù)驛站間距布置在合理范圍內(nèi)，對增加慢行交通設(shè)施的利用率具有正向引導(dǎo)作用。

2002 年《上海市城市交通白皮書》[2]是國內(nèi)較早正式提出慢行交通概念的官方文件，將慢行系統(tǒng)定義為一種以步行和自行車為基礎(chǔ)的交通模式。在城市交通領(lǐng)域內(nèi)，陳玥[3]分析了慢行交通與城市空間布局和土地利用的銜接；段婷等[4]和Cervero 等[5]則針對慢行交通對于城市公共交通的接駁和協(xié)同優(yōu)化作用展開了研究。隨著城市綠色出行理念的回歸，慢行交通所承擔(dān)的已不僅是城市短距離接駁出行功能，其衍生出的社會及生態(tài)效應(yīng)也應(yīng)受到重視[6]。Hu等[7]認(rèn)為中國國內(nèi)城鄉(xiāng)系統(tǒng)內(nèi)的綠道走廊建設(shè)正在興起，但是缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系和連接服務(wù)設(shè)施。

對于城際長途慢行交通問題的研究，姚曉文[8]認(rèn)為受人力移動范圍限制，慢行交通的優(yōu)勢出行范圍較短；Leurent 等[9]通過對地鐵站行人通道設(shè)計(jì)效果觀測指出，改善步行環(huán)境可有效增加步行者的出行距離。驛站作為慢行交通的主要服務(wù)設(shè)施，集合多項(xiàng)功能，以其分布間距為主要評價(jià)指標(biāo)的驛站服務(wù)水平直接影響到長途慢行交通的客流吸引水平。Flowers 等[10]給出的自行車設(shè)施布局指導(dǎo)原則，為慢行設(shè)施布局提供了定量化參考標(biāo)準(zhǔn)，提出對長途慢行設(shè)施的研究需要結(jié)合該類人群獨(dú)特出行行為特征。Dominik 等[11]通過調(diào)查2013年德國黑森州游客的旅游行為，提出了休閑出行人群的出行行為的交通表現(xiàn)特征；Khan等[12]研究了沿線環(huán)境變化對慢行交通人群出行行為的影響。在研究方法上，空間可達(dá)[13]和累積機(jī)會[14]等方法在高速服務(wù)區(qū)間隔問題上得到了廣泛應(yīng)用，可為城際慢行驛站間距研究提供參考。

綜上所述，現(xiàn)有關(guān)于長途慢行交通驛站間距的研究，缺少對人力、經(jīng)濟(jì)等要素的綜合考量。

本文將基于驛站布局現(xiàn)狀與存在的問題，分析驛站間距設(shè)置基礎(chǔ)性條件，并以游客體能消耗最少和業(yè)主投資成本最低為目標(biāo)函數(shù)，以出行人群生理需求和安全保障為約束條件，建立基于驛站間距的可達(dá)性數(shù)學(xué)模型，對城際長途慢行交通驛站布局方法展開研究。

1 驛站間距布局分析

對于慢行驛站布局間距設(shè)置問題，應(yīng)針對其休閑服務(wù)定位，以使用人群的行為特點(diǎn)為依據(jù)，建立定量化模型進(jìn)行研究。

1.1 既有慢行驛站分類情況

住建部2016 年公布的《綠道規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（以下簡稱《導(dǎo)則》）[15]指出，綠道是以自然要素為依托和構(gòu)成基礎(chǔ)，串聯(lián)城鄉(xiāng)游憩、休閑等綠色開敞空間，以游憩、健身為主，兼具市民綠色出行和生物遷徙等功能的廊道。驛站是綠道系統(tǒng)服務(wù)設(shè)施的綜合載體，分為三個(gè)等級（如表1 所示），其中一級驛站是綠道管理和服務(wù)中心，承擔(dān)管理、綜合服務(wù)、交通換乘功能；二級驛站是綠道服務(wù)次中心，承擔(dān)售賣、租賃、休憩和交通換乘功能；三級驛站作為使用者休息場所。

表1 綠道驛站布局一覽表

在住建部《導(dǎo)則》的基礎(chǔ)上，北京、廣東、福建等地市也結(jié)合游客需求和地形地貌特點(diǎn)，制定了地方綠道設(shè)計(jì)規(guī)范，對驛站種類和驛站間距給出了建議。如福建省《綠道規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》[16]中將驛站分為了生態(tài)型、郊野型和都市型三類，各類型驛站的建議間距相對于《導(dǎo)則》，近似的類型驛站間距要更大一些。

可以看出，相關(guān)各級規(guī)范雖然都涉及長途慢行交通的驛站標(biāo)準(zhǔn)，但對慢行綠道的分類并不統(tǒng)一，對不同級別驛站的定位和間距要求有差異，沒有形成具有科學(xué)依據(jù)的、統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)。慢行交通驛站間距即可達(dá)性的量化分析是確立慢行規(guī)劃導(dǎo)向原則、重新審視規(guī)劃方法、評估并監(jiān)督方案落實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 驛站間距設(shè)置考慮因素

驛站間距設(shè)置應(yīng)考慮慢行游客的生理、心理需求及工程建設(shè)成本，同時(shí)結(jié)合地域經(jīng)濟(jì)、城鎮(zhèn)布局和道路設(shè)施條件等具體情況。根據(jù)不同級別的服務(wù)人群，各級別驛站應(yīng)具有以下功能，如表2所示。

表2 各級別驛站定位及主要功能

一、二級驛站的服務(wù)節(jié)點(diǎn)常依據(jù)景點(diǎn)和人流集散點(diǎn)布局，受沿線社會經(jīng)濟(jì)屬性影響較大。三級驛站即基層節(jié)點(diǎn)在沿線設(shè)置靈活且分布數(shù)量最多，主要為步行者出行提供基礎(chǔ)服務(wù)，研究其分布間距具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是本文研究驛站間距問題的切入點(diǎn)。三級驛站在線網(wǎng)中的布局應(yīng)根據(jù)步行者出行需求特征和環(huán)境發(fā)展趨勢，考慮以下幾個(gè)方面。

（1）休憩放松

由于步行速度較慢、對體力消耗較大，慢行交通系統(tǒng)需根據(jù)步行者的舒適里程設(shè)置適當(dāng)?shù)捏A站間距。根據(jù)梅偉等[17]的研究，慢行出行時(shí)耗與城市規(guī)模、人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平關(guān)系不大。步行平均出行時(shí)耗在17～20min 之間，大多數(shù)步行出行（80%以上）不超過30min；非機(jī)動車平均出行時(shí)耗在21～24min 之間，大多數(shù)非機(jī)動車出行（80%以上）不超過35min。公園景區(qū)、濱江區(qū)域、城市外圍區(qū)域慢行出行時(shí)耗較長，可達(dá)到25min以上。

（2）飲水保障

步行對出行者的體力消耗較大，參考健走運(yùn)動建議，應(yīng)每15～20min飲水150～200mL。常見瓶裝水及水壺容量為500～600mL，因此需要每隔60～80min為出行者補(bǔ)充一次飲用水。

（3）生理需求

按照人體新陳代謝規(guī)律[18]，正常情況下平均1.5～3h會有一次如廁需求。在以休閑健身為目的的城際慢行出行活動中，游客飲水和運(yùn)動量更大，如廁時(shí)間間隔更短，這對驛站間隔設(shè)置提出了更高的要求。

（4）安全聯(lián)絡(luò)保障

慢行游客重視旅途體驗(yàn)且采用的交通方式靈活，城際慢行交通里程相對較長且可能不與公路伴行，驛站作為引導(dǎo)游客出行的主要節(jié)點(diǎn)還要發(fā)揮聯(lián)絡(luò)作用。因出行速度較低且途中車流較少，為保證慢行游客在面臨戶外傷害、突發(fā)疾病、人身安全威脅等緊急狀況下，能夠準(zhǔn)確定位并及時(shí)聯(lián)系求助，驛站間距應(yīng)處于一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

慢行交通的安全聯(lián)絡(luò)保障主要包括醫(yī)療急救、消防疏散和求助報(bào)警等。緊急救護(hù)按照國際慣例要求郊區(qū)范圍救護(hù)車應(yīng)在30min以內(nèi)到達(dá)[19]；公安部門在非緊急狀況下出警時(shí)間為15min 以內(nèi)；《城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》[20]提出，一般固體可燃物著火后，在15min 內(nèi)火災(zāi)具有燃燒面積不大、火焰不高、輻射熱不強(qiáng)等特點(diǎn)，故火災(zāi)救援時(shí)間通常為15min。參考具有類似定位的國家健身步道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對步道安全預(yù)警系統(tǒng)的要求，報(bào)警點(diǎn)應(yīng)設(shè)在路況復(fù)雜、易迷失區(qū)域相對制高點(diǎn)的易于觀測位置，且要求顏色鮮明，點(diǎn)與點(diǎn)之間應(yīng)不超過1h（或5km）路程，設(shè)有求助電話、報(bào)警點(diǎn)編號、臨近路線指示等基本信息。

綜合考慮以上因素，具有安全聯(lián)絡(luò)保障的慢行道驛站設(shè)置，需保障游客快速前往臨近驛站的時(shí)間不超過15min，即驛站最大間距應(yīng)不超過30min的跑步間距。

（5）城鎮(zhèn)分布情況

城鎮(zhèn)分布稀疏的路段，客流量相對較小，在滿足游客需求的前提下可以適當(dāng)增大驛站間距以降低建設(shè)成本[20]。城鎮(zhèn)分布密集路段，會產(chǎn)生較大的本地短途出行需求，慢行道路使用率增大，對各項(xiàng)服務(wù)設(shè)施的使用需求也相對較高。在實(shí)際驛站設(shè)置中，可通過對沿線城鎮(zhèn)便民服務(wù)點(diǎn)進(jìn)行升級改造和授權(quán)的方式，充分利用沿線既有基礎(chǔ)設(shè)施并尊重人文分布現(xiàn)狀，使既有民用建筑達(dá)到驛站的基本服務(wù)功能要求，以改造代替新建，降低建設(shè)成本，減少社會資源浪費(fèi)。

（6）風(fēng)景地貌

慢行交通具有很強(qiáng)的休閑娛樂屬性。當(dāng)沿線區(qū)域景觀風(fēng)貌較好時(shí)，不同于公路交通，慢行交通游客可以隨時(shí)駐足欣賞和游玩，停留較長時(shí)間。在風(fēng)景視野良好的區(qū)域，宜設(shè)置觀景設(shè)施或縮短驛站間距，通過迎合游客需求，提高慢行交通的吸引力。因此，驛站布局需結(jié)合人文地貌情況等靈活設(shè)置，使處于合適的區(qū)域范圍內(nèi)。

（7）建設(shè)成本

三級驛站的主要建設(shè)成本集中在單車棚、坐凳、衛(wèi)生設(shè)施和遮陽建筑等硬件設(shè)備部分，綜合國內(nèi)多個(gè)城市近年來的建設(shè)案例數(shù)據(jù)，三級驛站造價(jià)約為4～28 萬元，后期維護(hù)費(fèi)用另計(jì)。慢行交通是以公益屬性為主的基礎(chǔ)設(shè)施，主要依靠政府財(cái)政資金建設(shè)。在規(guī)劃慢行交通線路與驛站分布時(shí)，既要滿足游客出行習(xí)慣和出行需求，又要考慮建設(shè)成本，避免公共資金浪費(fèi)，同樣要求驛站間距設(shè)置的合理性。

2 驛站可達(dá)性模型構(gòu)建

可達(dá)性通常指利用特定的交通方式從某一給定區(qū)位到達(dá)活動地點(diǎn)的便利程度，體現(xiàn)了空間布局與土地利用等因素對交通出行的影響，常用于制訂和評價(jià)規(guī)劃方案。對于帶狀分布的城際慢行交通問題，驛站的可達(dá)性是指驛站對于慢行出行人群的使用便利程度。不同于機(jī)動車交通，慢行出行人群主要依靠自身有限的體能，決定驛站服務(wù)可達(dá)性。影響慢行道吸引效果的本質(zhì)因素是考慮慢行特性的驛站間距設(shè)置。

根據(jù)驛站定位和服務(wù)分析，建立驛站可達(dá)性模型應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。

（1）體能消耗阻抗

在理想體能消耗范圍內(nèi)時(shí)，阻抗函數(shù)恒定，說明在理想出行范圍內(nèi)感覺不到差異；在容忍體能消耗范圍外，阻抗視為無窮大，認(rèn)為非機(jī)動交通出行者不考慮該范圍外的機(jī)會；兩者之間的部分，阻抗增大規(guī)律參照體能恢復(fù)時(shí)間變化規(guī)律，呈現(xiàn)出非線性的函數(shù)關(guān)系[21]，如式（1）所示：

式（1）～式（2）中：f(Ep) 為體能消耗阻抗函數(shù)；Ei為理想體能消耗上限；Et容忍體能消耗上限；Ep為實(shí)際步行能量消耗量；∞表示阻抗無限大；m為平均成年人體重（kg）；ep為步行單位體重距離能耗（kCal·h-1·kg-1）；v表示步行速度（km/h）；l為一次連續(xù)步行里程，即驛站建設(shè)間距（km）。

按照常規(guī)計(jì)算條件，即59kg 體重下，無負(fù)重，硬質(zhì)路面，走行速度5.4km/h，步行單位能耗4.0kCal·h-1·kg-1；休閑出行的體能消耗量理想值相對于日常出行放大為60kCal，體能消耗量最大值為334kCal 。此時(shí)，式（1）可轉(zhuǎn)化為如式（3）所示的阻抗函數(shù)：

式（3）中：f(l)為步行里程阻抗函數(shù)；l和∞意義同前。

（2）驛站平均建設(shè)成本

在單個(gè)驛站功能設(shè)施要求一定的條件下，一條城際慢行路段的驛站平均建設(shè)成本與驛站間距呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，即：

式（4）中：g(l)為驛站平均建設(shè)成本函數(shù)（萬元/年）；Cs為單個(gè)驛站的平均建設(shè)成本，通常在4～28 萬元之間；L為慢行路段的總里程（km）；T為驛站的使用壽命周期，通常為5 年；l意義同前。

（3）約束條件

考慮慢行出行人群的飲水、生理需求和安全保障條件，驛站間距應(yīng)至少滿足式（5）所示約束條件：

式（5）中：L1為保證慢行飲水服務(wù)間隔60 min時(shí)驛站里程的最大長度，取5.4km；L2為保證慢行生理需求間隔80min 時(shí)驛站里程的最大長度，取7.2km；L3為安全保障條件下驛站的最大間距，取4.86km；Ep意義同前。

3 模型求解

本文研究的驛站間距問題共有兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)：游客步行能耗阻抗盡量小、驛站建設(shè)成本盡量低，并滿足式（5）所示約束，在此條件下求解驛站間距的較優(yōu)值。

3.1 目標(biāo)函數(shù)加權(quán)組合

統(tǒng)一目標(biāo)法又稱綜合目標(biāo)法。它是通過一定方法將原多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)或綜合目標(biāo)函數(shù)，作為該多目標(biāo)優(yōu)化問題的評價(jià)函數(shù)，然后用前述單目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化方法進(jìn)行求解。

加權(quán)組合法又稱線性加權(quán)法或加權(quán)因子法。它是將原多目標(biāo)優(yōu)化問題，通過引入加權(quán)因子的方法轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)或綜合目標(biāo)函數(shù)，作為該多目標(biāo)優(yōu)化問題的評價(jià)函數(shù)，然后利用常見的單目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化方法求解。該方法可以平衡各指標(biāo)及各分目標(biāo)間的相對重要性及其在量綱和量級上的差異，適用于本問題中兩個(gè)不同量綱下的目標(biāo)函數(shù)。

由于兩目標(biāo)函數(shù)量綱單位不一致，首先需對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行無量綱化處理，如式（6）所示：

式（6）中：fmax(x)和fmin(x)分別為f(x)在約束條件下的極大值和極小值。

采用同樣的方法，對式（4）中的目標(biāo)函數(shù)g(x)進(jìn)行無量綱化處理，得到g′(x)。

然后，賦予兩目標(biāo)函數(shù)相同的權(quán)重值w1=w2=0.5 并加權(quán)求和，表示實(shí)現(xiàn)游客出行和驛站建設(shè)綜合成本最低的驛站間距函數(shù)，如式（7）所示，其中約束條件如式（8）和式（9）所示。根據(jù)式（1）和式（3），在理想體能消耗上限的出行距離1.17km以內(nèi)，出行人群的感知差異較小，因此驛站設(shè)置應(yīng)大于該距離，如式（8）所示。同時(shí)，驛站最大間隔應(yīng)不超過考慮慢行出行人群的飲水、生理需求和安全保障條件的下限4.86km，如式（9）所示。此時(shí)，使用MATLAB軟件繪制模型函數(shù)圖像，如圖1所示。

式（7）～式（9）中：k(l),f′(l),g′(l)均為無量綱函數(shù)；l意義同前。

圖1 模型函數(shù)曲線

3.2 驛站間距值求解與分析

由圖1 目標(biāo)函數(shù)圖像可以看出，本文模型屬于單一變量條件下求解單極值點(diǎn)的問題。使用MATLAB 軟件求解得出，符合出行行為和建設(shè)成本的最優(yōu)驛站間距為2.72km。對比住建部《綠道規(guī)劃設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[15]，長途慢行驛站的理想間距相對綠道驛站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，原因可能如下：

（1）長途慢行道多分布在郊區(qū)或山區(qū)，沿線服務(wù)設(shè)施相對于城鎮(zhèn)區(qū)域較少。慢行驛站是承擔(dān)公共服務(wù)設(shè)施的關(guān)鍵要素，與出行者的生理需求相關(guān)度更高。

（2）長途慢行道分布區(qū)域人口密度較低，在應(yīng)對突發(fā)緊急情況時(shí)，驛站承擔(dān)了呼救和臨時(shí)安置的作用，這也在客觀上要求驛站間距不能過大。

實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)慢行交通道路沿線的自然景觀和人文設(shè)施布局，在合理的建議范圍內(nèi)建設(shè)驛站。本文模型中，可在最優(yōu)值點(diǎn)浮動5%的范圍內(nèi)選取建議區(qū)間，即三級驛站間距處于2.2～3.4km范圍內(nèi)，可較好地滿足各方需求。

4 結(jié)論

4.1 慢行交通服務(wù)驛站設(shè)施最佳間距

服務(wù)驛站是旅游交通系統(tǒng)的核心服務(wù)設(shè)施，其間距設(shè)置的合理性對其功能的發(fā)揮起到至關(guān)重要的作用。本文通過分析長途慢行出游人群的出行需求，并結(jié)合慢行交通建設(shè)過程中的設(shè)施配備條件和建設(shè)成本，定量研究了城際長途慢行驛站間距的設(shè)置方法；建立多目標(biāo)規(guī)劃模型并對各目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理，使用MATLAB 求解得出，理想條件下旅游交通慢行驛站間距為2.72km；結(jié)合《綠道設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》中對城市綠道驛站設(shè)置的類型、功能與設(shè)置間距要求，得出當(dāng)慢行交通驛站（相當(dāng)于綠道三級驛站）間距為2.2～3.4km 時(shí)，可較好地滿足長途慢行人群的出行需求。

4.2 對旅游公路服務(wù)驛站規(guī)劃原則的推定

目前，公路系統(tǒng)只有高速公路對服務(wù)區(qū)設(shè)置有具體的距離、功能和規(guī)模規(guī)范要求。關(guān)于旅游公路服務(wù)驛站規(guī)模、功能和設(shè)置間距方面的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還是空白。同時(shí)，旅游公路一般距離較長，沿線多為人煙稀少的荒野區(qū)域，其服務(wù)驛站建設(shè)的必要性更強(qiáng)，并且旅游服務(wù)功能更復(fù)雜，要求兼顧機(jī)動車、自行車和步行交通。《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[23]規(guī)定，高速公路服務(wù)區(qū)平均間距不宜大于50km，最大間距不宜大于60km。旅游公路機(jī)動車時(shí)速往往低于60km/h，通常騎行速度約為20km/h，步行速度約為5km/h，驛站間距若按高速服務(wù)區(qū)間距設(shè)置原則來確定顯然過大。考慮到旅游公路要兼顧機(jī)動車、自行車和步行三種交通體驗(yàn)方式，旅游公路驛站適宜分為機(jī)動車交通服務(wù)驛站和慢行交通服務(wù)驛站兩大類。依據(jù)以上慢行交通服務(wù)驛站間距計(jì)算結(jié)果，選擇機(jī)動車行駛不超過0.5h，騎行1h 為距離上限，步行2h為距離下限，進(jìn)一步推出旅游公路服務(wù)驛站的間距設(shè)置原則為：機(jī)動車交通服務(wù)驛站設(shè)施間距為10～20km（最佳距離15km）；兩個(gè)機(jī)動車交通服務(wù)驛站之間布置3～5 個(gè)慢行交通驛站。

需要指出的是，本文對慢行驛站間距設(shè)置的研究偏于理論分析，后續(xù)將在建設(shè)項(xiàng)目中加以應(yīng)用，并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析和驗(yàn)證。另外，關(guān)于服務(wù)驛站功能、規(guī)模與間距設(shè)置的關(guān)系，將是未來進(jìn)一步研究的方向。